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박철순 (Chul Soon Park)
한국생명공학연구원, 대구경북첨단의료산업진흥재단
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In-situ food spoilage monitoring using a wireless chemical receptor-conjugated graphene electronic nose
열기 Authors and Affiliations

Abstract

Monitoring food spoilage is one of the most effective methods for preventing food poisoning caused by biogenic amines or microbes. Therefore, various analytical techniques have been introduced to detect low concentrations of cadaverine (CV) and putrescine (PT), which are representative biogenic polyamines involved in food spoilage (5–8 ppm at the stage of initial decomposition after storage for 5 days at 5 °C and 17–186 ppm at the stage of advanced decomposition after storage for 7 days at 5 °C). Although previous methods showed selective CV and PT detection even at low concentrations, the use of these methods remains challenging in research areas that require in-situ, real-time, on-site monitoring. In this study, we demonstrated for the first time an in-situ high-performance chemical receptor-conjugated graphene electronic nose (CRGE-nose) whose limits of detection (LODs), 27.04 and 7.29 ppb, for CV and PT are up to 102 times more sensitive than those of conventional biogenic amine sensors. Specifically, the novel chemical receptors 2,7-bis(3-morpholinopropyl)benzo[lmn][3,8] phenanthroline-1,3,6,8(2H,7H)-tetraone (NaPhdiMor (NPM)) and 2,7-bis(2-((3-morpholinopropyl)amino)ethyl)benzo[lmn][3,8]phenanthroline-1,3,6,8(2H,7H)-tetraone (NaPhdiEtAmMor (NPEAM)) were designed on the basis of density functional theory (DFT) calculations, and their interaction mechanism was characterized by a DFT 3D simulation. Interestingly, the CRGE-nose was connected on a micro sim chip substrate via wire bonding and then integrated into wireless portable devices, resulting in a cost-effective, high-performance prototype CRGE-nose device capable of on-site detection. The portable CRGE-nose can be used for in-situ monitoring of CV and PT concentration changes as low as 27.04 and 7.29 ppb in real meats such as pork, beef, lamb and chicken.

Keywords : Chemical receptor, Graphene, Cadaverine, Putrescine, Gas sensor, Real-time monitoring, Portable biosensors

논문정보
- 형식: Research article
- 게재일: 2022년 03월 (BRIC 등록일 2022-02-07)
- 연구진: 국내연구진태극기
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